«ГОСТ Р 59582-2021 (ISO/TS 20660:2019). Национальный стандарт Российской Федерации. Нанотехнологии. Наночастицы серебра антибактериальные. Характеристики и методы измерений» (утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 30.06.2021 N 605-ст)
ЗАВИСИМОСТЬ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
ОТ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
B.1 Общие положения
НЧС — наноматериал с антибактериальными свойствами, применяемый для изготовления потребительских товаров с целью контроля роста микроорганизмов на внешних и внутренних поверхностях изделий [16]. НЧС применяют в процессах катализа, для изготовления продукции фотоники, медицинских изделий, устройств накопления и преобразования энергии [17].
НЧС применяют для изготовления конечной продукции с улучшенными характеристиками в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Активное использование НЧС и наночастиц других металлов обусловлено их уникальными размерами, формами, составом, кристалличностью и структурно-зависимыми физико-химическими свойствами [17]. В настоящем стандарте установлен перечень основных и дополнительных характеристик антибактериальных НЧС, которые должны быть согласованы изготовителем и потребителем и включены в спецификации. В данном приложении представлена информация, обосновывающая выбор основных и дополнительных характеристик, установленных в настоящем стандарте.
Аргенесепт — мощный природный антисептик на основе наночастиц серебра. Мнение врача-дерматолога.
B.2 Средний размер и распределение по размерам первичных частиц, удельная площадь поверхности
Размеры НЧС — важная характеристика, определяющая воздействие НЧС на биологические процессы, включая пиноцитоз, активацию клеток и распределение межклеточной жидкости, [18] — [23]. Антибактериальные свойства выявлены у НЧС сферической формы и размерами 7, 29 и 89 нм [24]. Ухудшение антибактериальных свойств НЧС происходит с увеличением их размеров.
Влияние размеров НЧС на их антибактериальные свойства обусловлено увеличением реакционной активности НЧС с уменьшением их размеров и увеличением удельной площади поверхности по отношению к объему, [25] — [28]. Для изучения данного свойства применяют методы электронной микроскопии, с помощью которых выявляют влияние размеров НЧС на их взаимодействие с бактериями. Выявлено усиление антибактериальной эффективности у НЧС наименьших размеров за счет увеличения контактной площади поверхности, [29], [30]; повышенная агломерация покрытых углеродом НЧС способствует снижению их антибактериальной эффективности по сравнению с НЧС без покрытий [31].
B.3 Дзета-потенциал
Прямой метод определения поверхностного заряда — определение дзета-потенциала. На значение дзета-потенциала могут влиять условия измерения, включая температуру, уровень pH, концентрацию НЧС и вязкость наносуспензии.
Выявленные отличия в результатах измерений дзета-потенциала как функции pH у различных НЧС свидетельствуют о необходимости учитывать влияние покрывающих агентов при определении поверхностного заряда НЧС [32]. Снижение значения дзета-потенциала у НЧС без покрытий с уменьшением pH, как правило, является результатом уменьшения концентрации гидроксид-ионов (OH — ) и, возможно, протонирования поверхности наночастиц. Атомы серебра на поверхности наночастицы координационно не насыщены [33], поэтому нуклеофильная молекула (OH — и H2O) отдает им пару электронов. При повышении уровня pH от 2 до 10 концентрация OH — увеличивается, следовательно, OH — более эффективно конкурируют за участки поверхности НЧС, что создает отрицательный поверхностный заряд в щелочной среде pH.
Наносеребро AgБион. Наночастицы серебра. Дезсредство. Антисептик.
Тип стабилизирующего механизма оказывает влияние на потенциал НЧС к агрегации. Покрывающие агенты — это химические вещества, которые используют в синтезе НЧС для предотвращения их агрегации посредством электростатического отталкивания, стерического отталкивания или того и другого.
В случае НЧС наиболее распространенными компенсирующими агентами являются цитраты и поливинилпирролидон [34]. Следует учитывать, что механизм и функциональные группы покрывающих агентов, участвующих в стабилизации коллоидных систем, различаются, что может привести к изменению размеров частиц и стабильности.
Покрывающие агенты, например ионные жидкости, которые, как правило, используют для изменения поверхностных зарядов наночастиц, также могут влиять на биологическую активность НЧС, [35] — [37]. Выявлено, что НЧС с положительно или отрицательно заряженными поверхностями уничтожают бактерии при низких концентрациях, [38] — [40].
Стенки клеток грамположительных и грамотрицательных бактерий имеют суммарный отрицательный заряд. У грамположительных бактерий отрицательный заряд обеспечивают тейхоевые кислоты, которые связаны с пептидогликаном или нижележащей плазматической мембраной. Тейхоевые кислоты являются анионными из-за присутствия фосфатов в их структурах.
Грамотрицательные бактерии имеют внешнее покрытие, состоящее из фосфолипидов и липополисахаридов. Данные липополисахариды придают сильный отрицательный заряд на поверхности клеток грамотрицательных бактерий [41]. Выявлены отличия антибактериальных свойств положительно и отрицательно заряженных НЧС [42]. Положительно заряженные НЧС обладают более высокой бактерицидной активностью в отношении всех испытуемых микроорганизмов по сравнению с отрицательно заряженными или нейтральными НЧС, [43], [44]. Данное явление, как правило, является результатом неспецифического электростатического взаимодействия между положительными и отрицательными зарядами, что усиливает антибактериальный эффект.
Скорость растворения серебра и образование нерастворимого хлорида серебра влияют на антибактериальные свойства НЧС. Следовательно, данные о количестве растворенного и дисперсного серебра необходимо указывать при поставке конечному потребителю. Одним из методов, с помощью которого различают растворенное и дисперсное серебро, является метод очИСП-МС. Допускается применять методы ИСП-МС, ИСП-ОЭС и ААС для определения концентрации и общего содержания серебра в пробе.
Выявлено, что НЧС высвобождают ионы серебра быстрее, что приводит к более высокой общей концентрации серебра в материале и, как следствие, его токсичности [45]. Антибактериальный эффект выявлен при концентрации серебра от 1 до 30 ppm, в зависимости от содержания и размера НЧС.
При взаимодействии НЧС с микроорганизмами высвобождаются ионы серебра, которые по-разному воздействуют на микроорганизмы и повреждают их [17]. Ионы серебра, выделяемые НЧС, могут взаимодействовать с хлоридом, который, как правило, присутствует в бактериальных питательных средах и проявляет аналогичные окисленному серебру свойства [46]. Высокие концентрации хлорид-ионов в обычно используемых средах могут вызвать осаждение ионов серебра (Ag) в виде хлорида серебра (AgCl), таким образом маскируя вклад растворенного серебра в антибактериальный эффект НЧС. В биологической системе механизм антибактериального эффекта недостаточно изучен. Установлены несколько возможных механизмов: 1) ионы серебра с положительным зарядом, выделяющиеся из НЧС, способны быстро связываться с сульфгидрильными группами на поверхности бактерий, что приводит к изменению и повреждению структур бактерий; 2) поглощение ионов серебра или небольших НЧС нарушает образование аденозинтрифосфата (АТФ) и репликацию дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК); 3) НЧС и ионы серебра генерируют активные формы кислорода (АФК), что приводит к окислительному стрессу и повреждению бактерий и т.д., [47] — [49].
B.5 Гидродинамический диаметр
Метод многоуглового ДРС применяют для определения гидродинамических радиусов частиц, механизмов их агрегации и взаимодействия между частицами. Следует учитывать, что ионы и другие связанные молекулы увеличивают размеры НЧС по сравнению с размерами, определенными методом ПЭМ. Поэтому гидродинамические диаметры частиц больше, чем их диаметры, определенные методом ПЭМ. Во многих исследованиях подчеркивается важность определения гидродинамических диаметров НЧС для оценки и оптимизации размеров наночастиц и их биологической активности.
Приложение C
Источник: e-ecolog.ru
Антибактериальные свойства наночастиц серебра
1 ФГБУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздравсоцразвития России, Саратов
Накопление фактических данных о неуклонно возрастающей антибиотикорезистентности микроорганизмов и ее роли в развитии и исходах инфекционного процесса послужило мощным стимулом для разработки новых бактерицидных средств. Одним из перспективных направлений в решении данной проблемы является применение нанобиотехнологий. Проведено экспериментальное исследование антибактериального действия водных дисперсий наночастиц серебра в отношении 10 клинических штаммов кишечной палочки, в ходе которого в сравнительном аспекте изучено действие водных растворов: наночастиц серебра, поверхностно активного вещества АОТ (диактилсульфосукцинат натрия) и соли AgNO3. Установлено, что характер влияния водных растворов наночастиц серебра на рост клинических штаммов и выраженность антибактериального эффекта прямо пропорционально зависят от их концентрации. Поверхностно-активное вещество АОТ как самостоятельный реагент не оказывает выраженного бактерицидного воздействия на опытную культуру.
Escherichia coli
водные растворы
наночастицы
1. Нанобиотехнология и наномедицина / А.И. Арчаков, О.М. Ипатова, Н.В. Медведева, Ю.Д. Иванов, А.И.
Дрожжин // Биомедицинская химия. – 2006. – № 6. – С. 529–546.
2. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах / Е.М. Егорова, А.А. Ревина, Т.Н. Ростовщикова, О.И. Киселева // Вестник Московского университета.
Серия 2. Химия. – 2001. – Т. 42, № 5. – С. 332–334.
3. Escherichia coli как возбудитель нозокомиальных инфекций в ОРИТ / Г.К. Решедько, А.Г. Щебников, М.В. Морозов , Л.А. Решедько // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2011. – № 4. – С. 314–321.
4. Супотницкий М.В. Механизмы развития резистентности к антибиотикам у бактерий // Биопрепараты. – 2011. – № 2. – С. 44.
5. Хмель И.А., Кокшарова О.А., Радциг М.А. Антибактериальные эффекты ионов серебра: влияние на рост грамотрицательных бактерий и образование биопленок // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. – 2009. –
6. Яковлев В.П., Яковлев С.В., Цефоперазон, цефоперазон/сульбактам. Антибиотики группы цефлоспоринов. – М.: Дипак, 2008. – 184 с.
7. Яковлев С.В., Суворова М.П. Обоснование антибактериальной терапии нозокомиальных инфекций, вызванных полирезистентными микроорганизмами // Клиническая фармакология и терапия. – 2011. – № 2. – С. 24–34.
8. Egorova E.M. Biological effects of silver nanoparticles //
Silver nanoparticles: Properties, Characterization and Applications. (Ed. by Audrey E. Welles). Nova Science Publishers. – New York, 2010. – P. 221–258.
9. Moellering R.C., 1993 Meeting the challenges of beta-lactamases J.Antimicrob Chemoter. 1993. – 31. – Suppl. A. – P. 1–8.
В настоящее время явление антибиотикорезистентности стало одной из важнейших проблем в медицине. Увеличение устойчивости к антибактериальным препаратам определяется разными причинами: изменением проницаемости клеточной оболочки бактерий для антибактериальных препаратов; изменением свойств мишеней, которые становятся невосприимчивыми к бактерицидному действию какого-либо препарата; эфлюксом препарата из микробной клетки; образованием микробной клеткой специфических энзимов, которые модифицируют химическую структуру лекарственных средств вплоть до утраты ими антимикробной активности [3, 4, 5, 6, 7, 9].
Накопление фактических данных о неуклонно возрастающей антибиотикорезистентности микроорганизмов и ее роли в развитии и исходах инфекционного процесса послужило мощным стимулом для разработки новых бактерицидных средств [1]. Одним из перспективных направлений в решении данной проблемы является применение нанобиотехнологий, направленных на совершенствование специфических свойств наночастиц металлов, определяемых их структурной модификацией, что позволяет достигать различных биологических эффектов, в том числе и антибактериальных.
Модификация структуры наночастиц металлов зависит от использованного способа химического синтеза, который определяет их физические и химические свойства, а также стабильность в наноразмерном состоянии. В работах Е.М. Егоровой доказано получение стабильных дисперсий наночастиц не только в органическом растворителе, но и в полярных средах, прежде всего, в воде. Методом биохимического синтеза ею разработана методика получения водных дисперсий наночастиц из их мицеллярных растворов. Таким способом были получены водные дисперсии наночастиц серебра, золота, меди и цинка [2, 8].
Целью настоящего исследования явилось изучение антибактериального действия водного раствора и водного диализованного раствора серебра на клинические штаммы E.coli в сравнении с действием поверхностно-активного вещества АОТ (диактилсульфосукцинат натрия), который использовался в качестве стабилизатора и водного раствора соли AgNO3.
Материал и методы исследования
Экспериментальное исследование проводилось на 10 клинических штаммах E.coli.
Водный раствор (СAg = 3,9 мМ, САОТ = 37 мМ) и вод- ный диализованный раствор серебра (СAg = 4,3 мМ, САОТ = 5 мМ) в концентрациях 3; 2; 1; 0,5; 0,25 и 0,125% добавляли в питательную среду с учетом разведения. В таких же концентрациях были добавлены водные растворы ПАВ АОТ и соли AgNO3 (все растворы предоставлены ООО НПК «Наномет», г. Москва).
Микробную взвесь готовили из суточной культуры с оптической плотностью 0,1, определяемой на приборе «Densi La Meter». Далее приготовленную взвесь раститровывали до получения конечной концентрации КОЕ 3×10 4 в изотоническом растворе хлорида натрия. На чашки Петри с твердой питательной средой высевали по 100 мкл раститрованной микробной взвеси и термостатировали в течение 24 часов. Подсчёт колоний проводили на следующий день.
Статистическая обработка проведена с подсчетом средних значений (М), среднеквадратичных ошибок (m) и уровня достоверности (р).
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенное исследование показало прямо пропорциональную зависимость антибактериального эффекта водных дисперсий наночастиц серебра от их концентраций. Эта зависимость проявлялась в разнице абсолютных величин КОЕ на опытных и контрольных чашках (табл. 1).
Антибактериальный эффект водных дисперсий наночастиц серебра на клинические штаммы E.coli (n = 10)
Источник: fundamental-research.ru
Антибактериальные свойства наночастиц серебра
Почему мы боремся с бактериями?
Бактерии — основа жизни на нашей планете, самый древний вид живых организмов, с них началась жизнь. Бактерии эволюционируют гораздо быстрее других форм жизни. Они живут в симбиозе со всем живым и участвуют во многих процессах жизнедеятельности. Однако не всегда бактерии дружелюбны и полезны, ведь они являются причиной большинства заболеваний.
Человек всегда стремился обезопасить себя от их вредного воздействия. В начале XX века были изобретены антибиотики и антибактериальные агенты, которые, как тогда казалось, решили проблему. Со временем бактерии адаптировались к этим веществам. Сейчас антибиотики уже малоэффективны, и часто наносят организму больше вреда, чем пользы.
Чтобы успешно бороться с бактериями, нужны вещества, которые будут работать принципиально иначе. С этой задачей эффективно справляются наночастицы серебра. Исследования нашей компании и лабораторий по всему миру доказывают, что бактерии не в состоянии выработать механизм защиты от действия наночастиц серебра.
Источник: evolutsilver.ru